Combined Time, Frecuency and Space Diversity in Multimedia Mobile Broadcasting Systems

El uso combinado de diversidad en el dominio temporal, frecuencial y espacial constituye una valiosa herramienta para mejorar la recepción de servicios de difusión móviles. Gracias a la mejora conseguida por las técnicas de diversidad es posible extender la cobertura de los servicios móviles además de reducir la infraestructura de red. La presente tesis investiga el uso de técnicas de diversidad para la provisión de servicios móviles en la familia europea de sistemas de difusión terrestres estandarizada por el prpoyecto DVB (Digital Video Broadcasting). Esto incluye la primera y segunda generación de sistemas DVB-T (Terrestrial), DVB-NGH (Handheld), y DVB-T2 (Terrestrial 2nd generation), así como el sistema de siguiente generación DVB-NGH. No obstante, el estudio llevado a cabo en la tesis es genérico y puede aplicarse a futuras evoluciones de estándares como el japonés ISDB-T o el americano ATSC. Las investigaciones realizadas dentro del contexto de DVB-T, DVB-H y DVBT2 tienen como objetivo la transmisión simultánea de servicios fijos y móviles en redes terrestres. Esta Convergencia puede facilitar la introducción de servicios móviles de TB debido a la reutilización de espectro, contenido e infraestructura. De acuerdo a los resultados, la incorporación de entrelazado temporal en la capa física para diversidad temporal, y de single-input multiple-output (SIMO) para diversidad espacial, son esenciales para el rendimiento de sistemas móviles de difusión. A pesar de que las técnicas upper later FEC (UL-FEC) pueden propocionar diversidad temporal en sistemas de primera generación como DVB-T y DVB-H, requieren la transmisión de paridad adicional y no son útiles para la recepción estática. El análisis en t�ñerminos de link budjget revela que las técnicas de diversidad noson suficientes para facilitar la provision de servicios móviles en redes DVB-T y DVB-T2 planificadas para recepción fija. Sin embargo, el uso de diversidad en redes planificadas para recepción portableGozálvez Serrano, D. (2012). Combined Time, Frecuency and Space Diversity in Multimedia Mobile Broadcasting Systems [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/16273Palanci

On the impact of link layer retransmission schemes on TCP over 4G satellite links

We study the impact of reliability mechanisms introduced at the link layer on the performance of transport protocols in the context of 4G satellite links. Specifically, we design a software module that performs realistic analysis of the network performance, by utilizing real physical layer traces of a 4G satellite service. Based on these traces, our software module produces equivalent link layer traces, as a function of the chosen link layer reliability mechanism. We further utilize the link layer traces within the ns-2 network simulator to evaluate the impact of link layer schemes on the performance of selected Transmission Control Protocol (TCP) variants. We consider erasure coding, selective-repeat automatic request (ARQ) and hybrid-ARQ link layer mechanisms, and TCP Cubic, Compound, Hybla, New Reno and Westwood. We show that, for all target TCP variants, when the throughput of the transport protocol is close to the channel capacity, using the ARQ mechanism is most beneficial for TCP performance improvement. In conditions where the physical channel error rate is high, hybrid-ARQ results in the best performance for all TCP variants considered, with up to 22% improvements compared to other schemes

LTE Adaptation for Mobile Broadband Satellite Networks

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COST EFFICIENT PROVISIONING OF MASS MOBILE MULTIMEDIA SERVICES IN HYBRID CELLULAR AND BROADCASTING SYSTEMS

Uno de los retos a los que se enfrenta la industria de las comunicaciones móviles e inalámbricas es proporcionar servicios multimedia masivos a bajo coste, haciéndolos asequibles para los usuarios y rentables a los operadores. El servicio más representativo es el de TV móvil, el cual se espera que sea una aplicación clave en las futuras redes móviles. Actualmente las redes celulares no pueden soportar un consumo a gran escala de este tipo de servicios, y las nuevas redes de radiodifusión móvil son muy costosas de desplegar debido a la gran inversión en infraestructura de red necesaria para proporcionar niveles aceptables de cobertura. Esta tesis doctoral aborda el problema de la provisión eficiente de servicios multimedia masivos a dispositivos móviles y portables utilizando la infraestructura de radiodifusión y celular existente. La tesis contempla las tecnologías comerciales de última generación para la radiodifusión móvil (DVB-H) y para las redes celulares (redes 3G+ con HSDPA y MBMS), aunque se centra principalmente en DVB-H. El principal paradigma propuesto para proporcionar servicios multimedia masivos a bajo coste es evitar el despliegue de una red DVB-H con alta capacidad y cobertura desde el inicio. En su lugar se propone realizar un despliegue progresivo de la infraestructura DVB-H siguiendo la demanda de los usuarios. Bajo este contexto, la red celular es fundamental para evitar sobre-dimensionar la red DVB-H en capacidad y también en áreas con una baja densidad de usuarios hasta que el despliegue de un transmisor o un repetidor DVB-H sea necesario. Como principal solución tecnológica la tesis propone realizar una codificación multi-burst en DVB-H utilizando códigos Raptor. El objetivo es explotar la diversidad temporal del canal móvil para aumentar la robustez de la señal y, por tanto, el nivel de cobertura, a costa de incrementar la latencia de la red.Gómez Barquero, D. (2009). COST EFFICIENT PROVISIONING OF MASS MOBILE MULTIMEDIA SERVICES IN HYBRID CELLULAR AND BROADCASTING SYSTEMS [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/6881Palanci

Performance analysis of packet layer FEC codes and interleaving in FSO channels

The combination of forward-error-correction (FEC) and interleaving can be used to improve free-space optical (FSO) communication systems. Recent research has optimized the codeword length and interleaving depth under the assumption of a fixed buffering size, however, how the buffering size influences the system performance remains unsolved. This paper models the system performance as a function of buffering size and FEC recovery threshold, which allows system designers to determine optimum parameters in consideration of the overhead. The modelling is based on statistics of temporal features of correct data reception and burst error length through the measurement of the channel good time and outage time. The experimental results show good coherence with the theoretical values. This method can also be applied in other channels if a Continuous-Time-Markov-Chain (CTMC) model of the channel can be derive

Application of network coding in satellite broadcast and multiple access channels

Satellite broadcasting and relaying capabilities enable mobile broadcast systems over wide geographical areas, which opens large market possibilities for handheld, vehicular and fixed user terminals. The geostationary (GEO) satellite orbit is highly suited for such applications, as it spares the need for satellite terminals to track the movement of the spacecraft, with important savings in terms of complexity and cost. The large radius of the GEO orbit (more than 40000 km) has two main drawbacks. One is the large free space loss experienced by a signal traveling to or from the satellite, which limits the signal-to-noise ratio (SNR) margins in the link budget with respect to terrestrial systems. The second drawback of the GEO orbit is the large propagation delay (about 250 msec) that limits the use of feedback in both the forward (satellite to satellite terminal) and the reverse (satellite terminal to satellite) link. The limited margin protection causes loss of service availability in environments where there is no direct line of sight to the satellite, such as urban areas. The large propagation delay on its turn, together with the large terminal population size usually served by a GEO satellite, limit the use of feedback, which is at the basis of error-control. In the reverse link, especially in the case of fixed terminals, packet losses are mainly due to collisions, that severely limit the access to satellite services in case a random access scheme is adopted. The need for improvements and further understanding of these setups lead to the development of our work. In this dissertation we study the application of network coding to counteract the above mentioned channel impairments in satellite systems. The idea of using network coding stems from the fact that it allows to efficiently exploit the diversity, either temporal or spatial, present in the system. In the following we outline the original contributions included in each of the chapters of the dissertation. Chapter 3. This chapter deals with channel impairments in the forward link, and specifically with the problem of missing coverage in Urban environments for land mobile satellite (LMS) networks. By applying the Max-flow Min-cut theorem we derive a lower bound on the maximum coverage that can be achieved through cooperation. Inspired by this result, we propose a practical scheme, keeping in mind the compatibility with the DVB-SH standard. We developed a simulator in Matlab/C++ based on the physical layer abstraction and used it to test the performance gain of our scheme with a benchmark relaying scheme that does allow coding at packet level. Chapter 4. The second chapter of contributions is devoted to the information theoretical study of real-time streaming transmissions over fading channels with channel state information at the transmitter only. We introduce this new channel model and propose several transmission schemes, one of which is proved to be asymptotically optimal in terms of throughput. We also provide an upper bound on the achievable throughput for the proposed channel model and compare it numerically with the proposed schemes over a Rayleigh fading channel. Chapter 5. Chapter 5 is devoted to the study of throughput and delay in non-real-time streaming transmission over block fading channels. We derive bounds on the throughput and the delay for this channel and propose different coding techniques based on time-sharing. For each of them we carry out an analytical study of the performance. Finally, we compare numerically the performance of the proposed schemes over a Rayleigh fading channel. Chapter 6. In the last technical chapter we propose a collision resolution method for the return link based on physical layer network coding over extended Galois field (EGF). The proposed scheme extracts information from the colliding signals and achieves important gains with respect to Slotted ALOHA systems as well as with respect to other collision resolution schemes.Una de les característiques mes importants de les plataformes de comunicacions per satèl.lit és la seva capacitat de retransmetre senyals rebuts a un gran número de terminals. Això es fonamental en contextes com la difusió a terminals mòbils o la comunicació entre màquines. Al mateix temps, la disponibilitat d’un canal de retorn permet la creació de sistemes de comunicacions per satèl.lit interactius que, en principi, poden arribar a qualsevol punt del planeta. Els satèl.lits Geoestacionaris son particularment adequats per a complir amb aquesta tasca. Aquest tipus de satèl.lits manté una posició fixa respecte a la Terra, estalviant als terminals terrestres la necessitat de seguir el seu moviment en el cel. Per altra banda, la gran distància que separa la Terra dels satèl.lits Geoestacionaris introdueix grans retrassos en les comunicacions que, afegit al gran número de terminals en servei, limita l’ús de tècniques de retransmissió basades en acknowledgments en cas de pèrdua de paquets. Per tal de sol.lucionar el problema de la pèrdua de paquets, les tècniques més utilitzades son el desplegament de repetidors terrestres, anomenats gap fillers, l’ús de codis de protecció a nivell de paquet i mecanismes proactius de resolució de col.lisions en el canal de retorn. En aquesta tesi s’analitzen i s’estudien sol.lucions a problemes en la comunicació per satèl.lit tant en el canal de baixada com el de pujada. En concret, es consideren tres escenaris diferents. El primer escenari es la transmissió a grans poblacions de terminals mòbils en enorns urbans, que es veuen particularment afectats per la pèrdua de paquets degut a l’obstrucció, per part dels edificis, de la línia de visió amb el satèl.lit. La sol.lució que considerem consisteix en la utilització de la cooperació entre terminals. Una vegada obtinguda una mesura del guany que es pot assolir mitjançant cooperació en un model bàsic de xarxa, a través del teorema Max-flow Min-cut, proposem un esquema de cooperació compatible amb estàndards de comunicació existents. El segon escenari que considerem es la transmissió de vídeo, un tipus de tràfic particularment sensible a la pèrdua de paquets i retards endògens als sistemes de comunicació per satèl.lit. Considerem els casos de transmissió en temps real i en diferit, des de la perspectiva de teoria de la informació, i estudiem diferents tècniques de codificació analítica i numèrica. Un dels resultats principals obtinguts es l’extensió del límit assolible de la capacitat ergòdica del canal en cas que el transmissor rebi les dades de manera gradual, enlloc de rebre-les totes a l’inici de la transmissió. El tercer escenari que considerem es l’accés aleatori al satèl.lit. Desenvolupem un esquema de recuperació dels paquets perduts basat en la codificació de xarxa a nivell físic i en extensions a camps de Galois, amb resultats molt prometedors en termes de rendiment. També estudiem aspectes relacionats amb la implementació pràctica d’aquest esquema

Proceedings of the Fifth International Mobile Satellite Conference 1997

Satellite-based mobile communications systems provide voice and data communications to users over a vast geographic area. The users may communicate via mobile or hand-held terminals, which may also provide access to terrestrial communications services. While previous International Mobile Satellite Conferences have concentrated on technical advances and the increasing worldwide commercial activities, this conference focuses on the next generation of mobile satellite services. The approximately 80 papers included here cover sessions in the following areas: networking and protocols; code division multiple access technologies; demand, economics and technology issues; current and planned systems; propagation; terminal technology; modulation and coding advances; spacecraft technology; advanced systems; and applications and experiments

Efficient Channel Modeling Methods for Mobile Communication Systems

Siirretty Doriast